致包括人类在内的各种生物的生殖功能下降、机体免疫力降低,当人体内血铅质量比达到600μg/g~800μg/g时会表现为头晕、头疼、记忆力减退和腹疼等一系列症状。Cd的毒性很大,在人体内蓄积会引起泌尿系统功能变化还会影响骨骼发育。长期食用含Cr的食物,人体会出现不同程度的皮肤和呼吸道系统病变,并且出现溃疡和炎症。长期吸入Ni可以引起鼻癌、肺癌,并且可以引起接触性皮炎、肺炎等病症。当金属Hg进入人体后,可与体内酶或蛋白质中许多带负电的基团如巯基等结合,使能量生成、蛋白质和核酸合成受到影响,从而影响细胞正常的功能和生长。在人类历史上,由于土壤污染引起的疾病和环境公害事屡见不鲜。如1995年在日本富山县因土壤受到镉污染,该地区的居民发生一叫\痛痛病”的公害病,Cd使当地居民全身性神经痛、关节痛、骨折,以至死亡[10]。
4、 土壤重金属污染的修复措施
修复重金属污染土壤对于阻断污染物进入食物链,防止对人体健康的损害,促进土地资源的保护与社会和谐发展具有重要的意义。目前,国内外研究土壤重金属污染的治理途径主要从3个方面着手,一是改变重金属在土壤中的存在形态,使其固定和稳定,降低其在环境中的迁移性和生物可利用性;二是从土壤中去除重金属,利用特殊植物吸收后把该植物除去,或用工程技术把土壤中的重金属变为可溶态、游离态,再经过淋洗,然后收集淋洗液中的重金属,从而达到回收重金属和减少土壤中重金属的双重目的;三是使污染地区与未污染地区隔离
[11]
。根据具体的处理手段,又分为以下几种技术:
4.1工程措施
主要包括客土、换土和深耕翻土等措施。轻度污染的土壤用深耕翻土,重污染区常用客土和换土法。工程措施治理土壤重金属污染彻底、稳定,但工程量大、投资费用高,破坏土体结构,引起土壤肥力下降,并且还要对换出的污土进行堆放或处理。 4.2物理措施
物理修复主要包括电动修复、电热修复、土壤淋洗、物理分离技术、蒸汽浸提技术、玻璃化技术等。 4.2.1电动修复技术
电动修复技术的原理类似于电池,在通电的情况下使得重金属离子定向移动,从而把它们从土壤中去除的技术。该方法适用于低渗透的粘土和淤泥土,可以控制污染物的流动方向。在沙土上的实验,土壤中Pb2+、Cr3+等重金属离子
的除去率也可达90%以上。电动修复不搅动土层,修复时间短,是一种经济可行的原位修复技术。但它对土壤环境的要求比较高,限制了它的大规模应用。 4.2.2电热修复技术
电热修复技术是利用一些重金属在高温下快速挥发的特性,用高频电压加热土壤,重金属受热挥发,离开土壤以达到修复土壤重金属污染的目的。该技术可以修复被Hg和Se等重金属污染的土壤。但是,在高温加热的同时也对土壤本身造成了严重的破坏。 4.2.3土壤淋洗技术
土壤淋洗技术是利用淋洗液把土壤固相中的重金属转移到土壤液相中去,再把富含重金属的废水进一步回收处理。该技术要求寻找一种既能提取各种形态的重金属,又不破坏土壤结构的淋洗液。目前用于淋洗土壤的淋洗液,包括有机或无机酸、碱、盐和螯合剂。 4.2.4物理分离技术
物理分离技术主要是基于土壤介质及污染物的特性而采用过滤或微过滤、沉淀或离心分离、磁分离以及浮选法分离等分离方法将污染物提取分离出来的技术。物理分离技术可以将沙粒和黏粒分离出来,并且可以缩小受污染土壤的体积。 4.2.5蒸汽浸提技术
土壤蒸汽浸提技术的基本原理是在污染土壤内引入清洁空气产生驱动力,利用土壤固相、液相和气相之间的浓度梯度,在气压降低的情况下,将其转化为气态的污染物排出土体外的过程。该技术的优点是可操作性强,不破坏土壤结构以及对回收利用废物有潜在价值等,缺点是可能对大气产生污染。 4.2.6玻璃化技术
玻璃化技术是利用热把重金属污染物融化为玻璃状或玻璃—陶瓷状物质,从而达到处理重金属污染物的目的。该技术的优点是玻璃化产物体积变小,处理更为方便;化学性质稳定,抗酸淋滤作用强,能有效阻止其中污染物对环境的危害。缺点是成本比较高。 4.3化学措施
化学修复是指根据土壤和重金属的性质,向土壤中施改良剂、沉淀剂、增溶剂、抑制剂等,对重金属进行沉淀、吸附、氧化、还原等作用,降低重金属的生物有效性。该技术关键在于选择经济有效的改良剂,常用的改良剂有石灰、骨炭、沸石、磷酸钙、碳酸钙、硅酸盐和促进还原作用的有机物质等,不同改良剂对重金属的作用机理不同。施用石灰或碳酸钙主要是提高土壤pH值,促使土壤中CA、Cu、Hg、Zn等元素形成氢氧化物或碳酸盐结合态盐类沉淀。化学修复是在土壤原位上进行的修复技术,简单易行,但并不是一种永久的修复措施,因为
它只改变了重金属在土壤中存在的形态,金属元素仍保留在土壤中,容易再度活化导致 “二次污染”。 4.4生物措施
生物修复是指利用生物的某些习性来适应、抑制和改良重金属污染。与其他传统方法相比,生物修复具有治理效果好、无二次污染、运行成本低等特点,是目前世界范围内的研究热点,也是土壤污染治理的环境友好技术。生物修复技术主要包括微生物修复和植物修复。 4.4.1微生物修复技术
微生物修复法就是利用土壤中的某些微生物的生物活性对重金属具有吸收、沉淀、氧化和还原等作用,把重金属离子转化为低毒产物,从而降低土壤中重金属的毒性。它主要包括生物吸附和生物氧化-还原两方面。生物吸附是重金属被生物体吸附,如蓝细菌、硫酸还原菌以及某些藻类能够产生具有大量阳离子基团的胞外聚合物如多糖、糖蛋白等,并与重金属形成络合物;生物氧化-还原是微生物对重金属离子进行氧化、还原、甲基化和脱甲基化作用,降低土壤环境中重金属含量。该处理技术具有费用低、对环境影响小、效率高等特点,是一项廉价的绿色治理方法。 4.4.2植物修复技术
植物修复是采用重金属超积累植物将土壤中某种过量的元素大量转移到植物体内(特别是地上部),从而修复土壤的技术,这种方法修复潜力大,可维持土壤肥力和营造良好的生态环境,已成为全球研究的热点。根据修复植物在某一方面的功能和特点可将植物修复分为植物提取、植物挥发和植物稳定三种。植物提取是依靠重金属超积累植物从土壤中吸取重金属离子,接着收割地上部分并进行处理。连续种植该植物,可有效降低或去除土壤重金属。目前已发现700多种超积累重金属植物。植物挥发是依靠植物根系吸收重金属,将其转化为气态物质挥发到大气中。目前研究最多的是Hg和Se。植物稳定是依靠耐重金属植物或超累积植物降低重金属的活性,防止重金属被淋洗到地下水或扩散至空气中[12]。其机理是让金属在根部积累、沉淀或被根表吸收,以达到固化的目的。 4.5农业生态措施
农业生态修复包括农艺修复和生态修复。前者改变耕作制度,调整作物品种,种植不进入食物链的植物,选择能降低土壤重金属污染的化肥,或增施能够固定重金属的有机肥等来降低土壤重金属污染;后者调节土壤水分、养分、pH值和土壤氧化还原状况及气温、湿度等生态因素,调控污染物所处环境介质。优点是易操作、费用较低,缺点是周期长、效果不显著。
5、 结语
土壤重金属污染来源广、毒性大,因此在未来很长时间内重金属污染仍将是我国乃至世界所面临的重要环境问题之一,迫切需要解决。本文作者认为以下几点是未来土壤金属污染的研究热点:(1)生物修复以其高效性,良好的社会、生态综合效益而被大众接受,应用前景广阔;(2)筛选与培育吸收能力强,吸收重金属种类多,且生物量大的超富集植物必将是生物修复的一个重点;(3)利用基因工程技术提高植物修复能力将取得突破性进展;(4)将物理、生物、化学修复手段和生物修复手段结合起来将成为治理土壤重金属污染的一个方向。
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